基于非正交坐标系SVPWM理论的级联型多电平变流器调制策略

摘要

随着国民经济的迅猛发展，高压大容量电力电子装置的应用越来越广泛。多电平变流器适合于大容量、高压的场合，因此得到了越来越多的应用。在多电平变流器的多种控制策略中，电压空间矢量调制(SVPWM)算法具有调制比大、能够优化输出电压波形、易于数字实现、母线电压利用率高等优点，成为人们关注的热点。 本文首先对当前三种主要多电平变流器的主电路拓扑结构(二极管钳位多电平变流器、飞跃电容多电平变流器、级联多电平变流器)进行了概述，在此基础上对它们各自运行原理、适合的调制算法和优缺点进行了详细的研究，最终选择了级联型多电平变流器作为本文的研究对象。 本文以三电平为例对直角坐标系下多电平SVPWM进行了理论分析，得出了坐标系选取不当是造成计算复杂的根本原因。为解决计算复杂的问题，本文采用了一种非正交坐标系--GH坐标系，在此坐标系下，得到多电平SVPWM的统一简化算法，使得整个求解过程仅含少量的乘加运算。该算法是多电平SVPWM的通解，它可以“无缝”移植到任意电平阶数领域，这一部分工作奠定了多电平SVPWM实时控制的基础。在前人研究的基础上，对非正交坐标系的SVPWM控制算法进行了详细地分析和推导，对现有的SVPWM的控制算法进行了一些改善，摒弃了前人把所有象限都归算到第一象限的计算方法，而把整个矢量图作为一个整体来考虑，这就极大的缩短了计算时间和提高了计算精度。对过调制情况下的控制算法也进行了深入地研究，首次提出了过调制区域的垂直截断算法，有效的减少了传统截断方法所带来的伏秒平衡损失。 最后本文通过对两电平、三电平及五电平电压空间矢量调制的仿真，具体分析了其波形及快速傅立叶变换( FFT)，并且比较了直角坐标系下和非正交坐标系下多电平电压空间矢量调制各个调制阶段波形及其FFT分析，验证了基于非正交坐标系下级联型多电平变流器电压空间欠量调制算法及过调制算法的优越性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1论文研究的背景及意义

1.2多电平的研究现状

1.2.1多电平变流的基本概念

1.2.2多电平变流技术的研究和应用现状

1.2.3脉宽调制技术

1.3论文的主要工作

第二章 多电平变流器拓扑结构

2.1引言

2.2二级管钳位型多电平变流器

2.3飞跨电容型多电平变流器

2.4级联型多电平变流器

2.5本章小结

第三章 多电平变流器的PWM调制技术

3.1引言

3.2 PWM控制法的来源、分类及其内在关系

3.3多电平变流器PWM控制法的分类

3.4两电平变流器空间矢量(SVPWM)调制原理

3.5本章小结

第四章 级联型多电平通用调制算法

4.1多电平空间矢量调制算法流程

4.1.1调制比参数

4.1.2坐标转换

4.1.3多电平电压矢量调制算法流程

4.2直角坐标系下多电平电压矢量调制算法

4.2.1参考欠量区域判定

4.2.2输出电压矢量作用时间计算

4.2.3 SVPWM的作用顺序选择

4.3非正交坐标系下级联型多电平电压调制算法

4.3.1正交非正交坐标转换

4.3.2特征三角形定位

4.3.3作用时间计算

4.3.4过调制算法

4.3.5空间矢量向开关函数的映射

4.3.6开关状态选择

4.3.7开关序列设计

4.4基于GH非正交坐标系的SVPWM本质研究

4.5本章小结

第五章 基于非正交坐标系下多电平变流器SVPWM算法仿真

5.1 MATLAB/SIMULNK简介

5.2仿真图

5.2.1矢量坐标转换仿真

5.2.2过调制判断及算法仿真图

5.2.3垂直截断法仿真图

5.2.4特征矢量取整定位及作用时间计算仿真图

5.2.5特征三角型定位仿真图

5.2.6开关序列选择仿真图

5.2.7空间矢量向开关函数的映射及开关状态选择的仿真图

5.3仿真结果及其分析

5.3.1直角坐标系下两电平与三电平电压矢量调制波形比较分析

5.3.2直角坐标与非正交坐标系下三电平电压矢量调制波形对比分析

5.3.3非正交坐标系下五电平电压矢量调制波形分析

5.4结论

第六章总结与展望

6.1全文工作总结

6.2有待进一步开展的工作

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表论文目录